1. Fundación Energizar
- 2014 -
Energía Solar Térmica
Capítulo 2
Energética
Solar

2. FundaciónEnergizar
-2014-
Energía Solar
 Energética Solar
 Donde estamos? El SOL en la vía láctea
 El SOL y la Tierra
 Estructura interna del SOL – Reacciones de fusión nuclear,
usos de la fusión
 El SOL como generador de energía – Radiación Solar,
Espectro de Radiación, Teoría de Cuerpo Negro
 “Movimiento SOLAR” – Coordenadas Solares, Paralelos y
Meridianos, Estaciones del Año
 Cálculo de Alturas SOLARES (simplificado)
 Como debo instalar un colector solar
 Determinación de la energía SOLAR recibida en una
localidad – Rad. Directa y difusa, Irradiancia y radiación
Global
 Cálculo de la energía solar recibida en una localidad de
Argentina
 Análisis de sombras – Ejemplos con software específico
 Características que deben tener los colectores solares
térmicos para absorber al máximo la radiación solar

3. FundaciónEnergizar
-2014-
¿Dónde estamos? El sol en la vía láctea

4. FundaciónEnergizar
-2014-
El Sol y la Tierra | Tamaño comparativo

5. FundaciónEnergizar
-2014-
Video: «PV – El Sol
composición»

6. FundaciónEnergizar
-2014-
Algunos datos sobre el sol
Composición 92,1 % Hidrogeno 7,8 % Helio
Distancia Sol-Tierra
149x106 km
147 x 106 Km Perihelio
(Enero)
152 x 106 Km Afelio (Julio)
Tiempo de viaje de la
Rad. en llegar a la
tierra
8,5 minutos
Densidad
1,4 g/cm3 (aprox. igual a la del Yoghurt y la del agua
1g/cm3)
Gravedad 274 m/seg2 (28 veces mas que en la Tierra : 9,8 m/seg2)
Masa 1,99 x 1030 (330.000 veces la de la Tierra)
Radio 695 x 103 Km (109 veces el de la tierra)

7. FundaciónEnergizar
-2014-
Estructura interna del sol

8. FundaciónEnergizar
-2014-
Reacciones atómicas en el núcleo del Sol
 Fusión Nuclear

9. FundaciónEnergizar
-2014-
SOHO Solar and Heliospheric Observatory

10. FundaciónEnergizar
-2014-
SOHO –Orbita de “Lagrange”

11. FundaciónEnergizar
-2014-

12. FundaciónEnergizar
-2014-
5 días de actividad solar 1-5/10/1999

13. FundaciónEnergizar
-2014-
Usos de la Fusión Nuclear en la Tierra
 Fin Bélico
 Bombas atómicas de fusión
o “Bombas de Hidrógeno”
 Fin Pacífico
 Reactor “Tokamak” para
generación de Energía
Eléctrica (en desarrollo)

14. FundaciónEnergizar
-2014-
Video: «Energía – Fisión y
Fusión»

15. FundaciónEnergizar
-2014-
El Sol como generador de energía
 El Sol como fuente de radiación
2-1
Temperatura equivalente 5.777 K
Constante solar
(irradiancia máxima fuera de la atmósfera)
1.367 W/m2
Energía inagotable del Sol

16. FundaciónEnergizar
-2014-
Balance energético en el planeta tierra

17. FundaciónEnergizar
-2014-
¿Qué es la radiación solar ?
Zona del Espectro Longitud de onda
Porcentaje de energía
total
ULTRAVIOLETA < 0,4 m 14 %
VISIBLE entre 0,4 y 0,7 m
(entre violeta y rojo)
46 %
INFRARROJO > 0,7 m 40 %

18. FundaciónEnergizar
-2014-
El Sol como fuente de energía
Espectro Electromagnético
«El Sol como fuente de
energía»

19. FundaciónEnergizar
-2014-
Espectro Solar
 Irradiancia Solar al tope de la atmosfera : 1.360 W/m2
 Sobre la Sup. de la tierra aprox. : 1.000 W/m2

20. FundaciónEnergizar
-2014-
Espectro y aplicaciones terrestres

21. FundaciónEnergizar
-2014-
Espectro Visible y su relación con el UV/IR

22. FundaciónEnergizar
-2014-
Teoría de cuerpo negro de Planck
BoltzmannStefansKmJ
yKTconTF o



],/[1067.5
][,
428
4

 metrosdonde
T
:,
109.2 3
max 



 Emisión de cuerpo negro
Ej., un cuerpo negro a 5.777 °K, genera 100.000
veces mas energía que uno a 150 °C

23. FundaciónEnergizar
-2014-
 ¿Cómo podemos saber su posición con respecto a
nosotros ?
 Coordenadas Solares
Movimiento Solar
1.- Altura solar 2.- Azimut

24. FundaciónEnergizar
-2014-
Medición de:
“altura solar” “Azimut”
Azimut (-) entre N y E
Azimut (+) entre N y O

25. FundaciónEnergizar
-2014-
Altura Solar
Azimut
Azimut (-) entre N y E
Azimut (+) entre N y O

26. FundaciónEnergizar
-2014-
Ing. Daniel R. Fernández
Se miden en grados [°] desde el
Ecuador, que es el paralelo : 0°
- Ecuador al Sur es Latitud Sur,
o Hemisferio Sur
- Ecuador al Norte es Latitud Norte,
o Hemisferio Norte
Se miden en grados [°] desde el
Greenwich, que es el Meridiano : 0°
- de Greenwich al Este es longitud
Este
- de Greenwich al Oeste es longuitud
Oeste
Paralelos y Meridianos
 Paralelos
 Meridianos

27. FundaciónEnergizar
-2014-
Paralelos y Meridianos

28. FundaciónEnergizar
-2014-
Paralelos y Meridianos

29. FundaciónEnergizar
-2014-
Video: «Latitud y Longitud»

30. FundaciónEnergizar
-2014-
Cómo se producen las estaciones del año?
2-2
21 Diciembre
21 Septiembre 21 Junio
21 Marzo

31. FundaciónEnergizar
-2014-
Cómo se producen las estaciones del año?
 VIDEO 1: “PV – Estaciones Básico”
 VIDEO 2: “PV – Por que hay estaciones (reducido) ?”
 VIDEO 3: “PV – Estaciones Dinámico”
 VIDEO 4: “PV – Eclíptica y estaciones”

32. FundaciónEnergizar
-2014-
Posición de la tierra en los:
 “Solsticios” y “Equinocios”

33. FundaciónEnergizar
-2014-
Cómo varía la radiación solar recibida con
la altura solar en el horizonte ?

34. FundaciónEnergizar
-2014-
“Movimiento Solar” visto desde la
superficie de la tierra

35. FundaciónEnergizar
-2014-
Altura solar y sombras
en los solsticios de
Invierno y Verano

36. FundaciónEnergizar
-2014-
Cálculo simplificado de altura solar
Hagamos unas cuentas rápidas para calcular esas alturas para el mediodía,
la ecuación es :
h  = 90º - Ø  +/- δ 
Donde :
- Ø = Latitud del lugar, ángulo en grados
- δ = ángulo de declinación del eje de la Tierra : 23º aprox.
- + = para el Solsticio de Verano
- - = para el Solsticio de Invierno
Para el Solsticio de Verano (21 de dic.) será : 90º - Ø  + 23º
Para el Solsticio de Invierno (21 de junio) será : 90º - Ø  - 23º
Para los Equinoccios (21 de marzo y septiembre) : 90º - Ø 

37. FundaciónEnergizar
-2014-
¿Cómo debo instalar un colector solar, p/
aprovechar al máximo la radiación solar?

38. FundaciónEnergizar
-2014-
Ejemplo: vivienda ubicada en CABA

39. FundaciónEnergizar
-2014-
Amanecer:
Sud-Este
Mediodía:
Norte
Atardecer:
Sud-Oeste
21 de Diciembre | Solsticio de Verano

40. FundaciónEnergizar
-2014-
Amanecer :
Este
Mediodía :
Norte
Atardecer :
Oeste
21 Mar | 21 Sept | Equinoccio Otoño/Primav

41. FundaciónEnergizar
-2014-
Amanecer :
Nor-Este
Mediodía :
Norte
Atardecer :
Nor-Oeste
21 de Junio | Solsticio de Invierno

42. FundaciónEnergizar
-2014-
 Ejemplo
 Uso software “CENSOL 5.0”, para movimiento solar”
 Uso software “Stellarium”, para movimiento solar

43. FundaciónEnergizar
-2014-
Proyecciones Estereográficas
 Para determinar el “Movimiento Solar” y Sombras

44. FundaciónEnergizar
-2014-
Movimiento Solar – Coord. Cilíndricas

45. FundaciónEnergizar
-2014-
Video: «Movimiento Sombras»

46. FundaciónEnergizar
-2014-
El “SOL”, determinación de la energía
producida
1-7Suministro energético hoy y en el futuro

47. FundaciónEnergizar
-2014-
Distribución mundial de Radiación Global
Solar en kWh/m².año
Ing. Daniel R. Fernández
2-7
No determinado
Energía inagotable del Sol

48. FundaciónEnergizar
-2014-
Superficie de Módulos Fotovoltaicos
 Necesaria para cubrir la demanda mundial de electricidad
1-6Suministro energético hoy y en el futuro1-6Suministro energético hoy y en el futuro

49. FundaciónEnergizar
-2014-
Superficie de Módulos Fotovoltaicos
 Necesaria para cubrir la demanda mundial de electricidad
1-6Suministro energético hoy y en el futuro
Planta Fotovoltaica de 240 x 240 Km (57.600 Km2), un 18% de la sup. de la
Prov. de Bs. As. (Prov. Bs. As.:307.571 Km2, Argentina : 2.766.889 km2)

50. FundaciónEnergizar
-2014-
Los componentes de la radiación solar
Ing. Daniel R. Fernández

51. FundaciónEnergizar
-2014-
Irradiancia en función de condiciones
climáticas
Cielo nublado Cielo despejado, sol
Principalmente radiación difusa Principalmente radiación directa
Irradiancia
W/m2

52. FundaciónEnergizar
-2014-
Ing. Daniel R. Fernández
Irradiancia medida en Olivos, Vte. Lopéz : 21/03/09
Equinoccio de Otoño.
Irradiancia máx : 950 W/m2, Radiación : 6,48 Kwh/m2.día

53. FundaciónEnergizar
-2014-
Ing. Daniel R. Fernández
Irradiancia medida en Olivos, Vte. Lopéz : 21/06/09
Solsticio de Invierno.
Irradiancia máx : 575 W/m2, Radiación : 1,50 Kwh./m2.día

54. FundaciónEnergizar
-2014-
Ing. Daniel R. Fernández
Irradiancia medida en Olivos, Vte. Lopéz : 21/09/09
Equinocio de Primavera.
Irradiancia máx : 925 W/m2, Radiación : 6,04 Kwh./m2.día

55. FundaciónEnergizar
-2014-
Ing. Daniel R. Fernández
Irradiancia medida en Olivos, Vte. Lopéz : 30/12/09
Solsticio de Verano.
Irradiancia máx : 950 W/m2, Radiación : 5,33 Kwh./m2.día

56. FundaciónEnergizar
-2014-
Cálculo de la energía solar recibida en una
localidad de Argentina

57. FundaciónEnergizar
-2014-
Variación de la radiación global recibida en
CABA con la inclinación del colector solar
2.50
3.00
3.50
4.00
4.50
5.00
5.50
6.00
6.50
7.00
E F M A M J J A S O N D
RadiaciónGlobaldiaria[Kwh/m2.dia]
mes
Radiación global diaria en la ciudad de Buenos Aires en función del
ángulo de inclinación
Lat-20
Lat-10
Lat
Lat+10
Lat+20

58. FundaciónEnergizar
-2014-
Ejemplos de uso de las Tablas de Radiación Solar diaria para
distintos angulos de inclinación de una sup. de 1m2
 Los valores de “H” : “Radiación Solar diaria en la superficie
terrestre” están dados para 5 angulos de inclinación distintos sobre el
suelo de una superficie de 1 m2
 Los ángulos de inclinación de la superficie son :
 Lat. – 20° : ángulo de inclinación de la superficie igual a la Latitud del lugar [°] – 20°
 Lat. – 10° : ángulo de inclinación de la superficie igual a la Latitud del lugar [°] – 10°
 Lat. : ángulo de inclinación de la superficie igual a la Latitud del lugar.
 Lat. + 10° : ángulo de inclinación de la superficie igual a la Latitud del lugar [°] + 10°
 Lat. + 10° : ángulo de inclinación de la superficie igual a Lat. del lugar [°] +10°
 Los valores de “Radiación Solar diaria en la superficie”, están dados
en MJ/m2.día, para pasarlo a una unidad “mas familiar” como
Kwh/m2.día, hay que dividirlo por 3,6.
 Ejemplo : Observatorio Bs. As. (Ciudad de Buenos Aires), mes de
Junio, superficie inclinada igual a Lat. + 10° = 34° + 10° = 44°, la
Radiación solar diaria en una superficie de 1m2 es : 11,9 MJ/m2.día, si
lo dividimos por 3,6, nos da 3,3 Kwh/m2.día

59. FundaciónEnergizar
-2014-
«Análisis de Sombras»

60. FundaciónEnergizar
-2014-
Análisis de sombras mediante un indicador
de “camino solar”
4-27Instalaciones fotovoltaicas conectadas a red

61. FundaciónEnergizar
-2014-
Estudios de Sombra para instalación de
sistemas solares

62. FundaciónEnergizar
-2014-
Estudio de Sombras 21 de Junio – Olivos,
Buenos Aires

63. FundaciónEnergizar
-2014-
Ing. Daniel R. Fernández
 Ejemplo
 Uso software “Censol 5.0”
 Uso software “Sombrero”
 Uso software “Solar Pro-Sample”

64. FundaciónEnergizar
-2014-
 La energía solar que recibe una placa o colector de energía solar puede
ser usada para diversos fines, como calentar agua, calefaccionar una
vivienda, generar electricidad etc.
 a.- Reflejar la radiación recibida
 b.- Conducción + convección
 c.- Radiación (emisión) las radiaciones de mayor longitud, pertenecientes
al campo infrarrojo, medido por su emitancia (ε)
Radiación absorbida – perd. Conducción – perd. Convección – perd. Radiación = Energía disponible
 Dicha capacidad para absorber la radiación solar depende de su
“ennegrecimiento”
Características que deben tener los colectores solares
térmicos para absorber al máximo la radiación solar

65. FundaciónEnergizar
-2014-
Absorción y Emisión de la Radiación Solar
MATERIAL αs ε
superficie selectiva 0,9 0,1
metal pulido 0,3 0,1
papel de aluminio 0,15 0,05
alquitrán 0,85 0,85
pintura negra mate 0,9 0,95
cubierta de tejas 0,8 0,9
cubierta de fibrocemento 0,8 0,95
hormigón 0,6 0,9
pintura al aluminio 0,2 0,5
nieve 0,3 0,9
pintura blanca brillante 0,2 0,9
vidrio claro de 3mm 0 0,9
En la siguiente tabla podemos ver los valores de absorbancia solar
(αs) y emitancia (ε), para distintos colores y materiales

66. FundaciónEnergizar
-2014-
Lo ideal serían las superficies selectivas, con alto αs y bajo ε.
Por lo tanto a efectos prácticos y económicos para aprovechamiento solar, nuestro
colector sería negro mate, con un vidrio en nuestra parte superior, para disminuir
las pérdidas por radiación (rayos infrarrojos) y un fuerte aislamiento térmico en
sus paredes para disminuir las pérdidas por conducción.
Absorción y Emisión de la Radiación Solar

67. FundaciónEnergizar
-2014-
Efecto Invernadero

68. FundaciónEnergizar
-2014-
Superficies selectivas
Se puede considerar que la absortividad y emisividad de un material para determinada longitud de
onda son iguales (Ley de Kirchoff)
Por ej. la pintura negra, presenta ambas propiedades elevadas y constantes para todo el espectro
solar
Pero para un colector solar lo importante es que presente alta absortividad para las longitudes del
espectro solar y baja emisividad para la banda de emisión de la placa absorvedora, estas son las
llamadas pinturas selectivas.
Resumiendo, una superficie selectiva busca:
•Alta absorbancia (alta emitancia) para longitudes de onda < 3 µm
•Baja emisividad (baja absorbancia) para longitudes de onda > 3 µm
de 0 a 3 µm se denomina BANDA SOLAR